SISTEMA Y MÉTODO PARA ENRUTAMIENTO DE DATOS PARA SITIOS FIJOS DE CELDA
Campo de la Invención La presente invención se refiere a telecomunicaciones inalámbricas, y de manera más particular, a métodos y sistemas de enrutamiento de tráfico en una red de telecomunicaciones inalámbricas.
Antecedentes de la Invención En un sistema común de comunicaciones de radio celular (es decir, una red de telecomunicaciones inalámbricas) , un área es dividida en forma geográfica en un número de sitios de celda, cada uno de los cuales es definido por una ruta de radiación de frecuencia de radio (RF) o una interfaz de aire a partir de una respectiva antena de estación transceptora de base (BTS, por sus siglas en inglés) . Un número de estaciones móviles (tales como teléfonos celulares, asistentes personales digitales (PDAs) y/u otros dispositivos) pueden funcionar en forma concurrente en un sitio dado de celda, todos en comunicación por medio de la interfaz de aire con una BTS común. A su vez, las BTSs de un número de sitios de celda pueden comunicarse en forma concurrente con un controlador común de estación de base REF. 155137 (BSC) , el cual puede funcionar con el objeto de agregar y controlar el tráfico para las múltiples BTSs. A continuación, una cantidad de BSCs puede comunicarse en forma concurrente con una entrada o vía de acceso común, tal como un nodo o punto de conexión de revestimiento de datos de paquete (PDNS) o un centro móvil de conmutación (MSC) , el cual puede funcionar para establecer y conectar comunicaciones con o a partir de otras entidades. La BTS, el BSC y la vía de acceso en combinación, comprenden una red de acceso de radio ( A ) que proporciona conectividad de red para una estación móvil . En la práctica, el tráfico portador (es decir, las comunicaciones que viajan de un usuario a otro, exclusivas de la información de señalización) puede desplazarse de una estación móvil a una BTS de acuerdo con un protocolo bien conocido, tal como el Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) , el Acceso Múltiple por División de Tiempos (TDMA) , el Sistema Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS) , etc. Entonces, la BTS puede agregar tráfico a partir de un número de estaciones móviles y puede trasmitir el tráfico en un flujo multiplexado de división por tiempo (TDM) o en alguna otra forma a un BSC. De manera similar, el BSC puede agregar tráfico a partir de un número de BTSs y puede trasmitir el tráfico en un flujo TDM o de otra forma a una vía de acceso para la transmisión a una entidad remota. Por el contrario, cuando el tráfico está siendo transmitido a una estación móvil, el tráfico puede pasar de una vía de acceso a un BSC, a una BTS y en dirección de la estación móvil . Con el crecimiento explosivo en la popularidad de las comunicaciones inalámbricas, se ha generado la necesidad significante de aumentar la capacidad de tráfico de las redes de comunicación inalámbrica. El enfoque principal a este respecto ha sido la interfaz de aire. En la actualidad, el protocolo más común CDMA para las comunicaciones de interfaz de aire, es decir, el protocolo IS-95, puede soportar hasta 64 sesiones concurrentes de comunicaciones (cada una de las cuales es codificada con un respectivo código de Walsh de 64 códigos de Walsh (el código de Walsh es una secuencia pseudo-ruido (PN) que tiene que ser ortogonal debido a sus propiedades aleatorias) ) , cada una hasta con 64 kilo bits por segundo ( bps) . Sin embargo, la industria está comenzando a incluir protocolos de interfaz de aire de un ancho de banda más grande, tal como el estándar cdma2000 IxRTT (también conocido como el estándar CDMA 1XMC que tiene una mayor capacidad y velocidad) , el cual puede soportar hasta 144 Kbps (utilizando dos veces cada código Walsh) , y el estándar cdma2000 HDR (Alta Velocidad de Datos) , que puede soportar hasta 621 Kbps. Además, los fabricantes de estaciones móviles también están produciendo en la actualidad estaciones móviles que pueden enviar y recibir comunicaciones multimedia en formato digital, tal como gráficos y video (además de voz) , lo cual además aumenta la demanda de un ancho de banda grande . Conforme aumenta la capacidad de tráfico en la interfaz de aire, las otras entidades y enlaces de comunicación en la red de comunicaciones inalámbricas también deben tener la capacidad de soportar el incremento de flujo de tráfico. Desafortunadamente, existen cuellos de botella. Por ejemplo, sí una BTS fuera a soportar un número alto de comunicaciones concurrentes de ancho de banda con estaciones móviles, el enlace entre la BTS y el BSC puede soportar todo el tráfico al mismo tiempo. Se tiene la percepción que el enlace entre la BTS y el BSC es comúnmente una linea de transmisión con un ancho de banda finito. En forma similar, el enlace entre el BSC y una vía de acceso tal como un PDSN o un MSC es comúnmente una línea de transmisión con un ancho de banda finito. Es posible aumentar la capacidad de tráfico entre varios elementos de red simplemente si se adicionan más líneas de transmisión. Se tiene la percepción que la adición de líneas de transmisión puede ser muy costosa, puesto que requiere que un proveedor agregue físicamente las líneas o que alquile líneas adicionales de una empresa de telecomunicaciones de intercambio local (LEC) . El arrendamiento de las líneas de las LECs aumenta la capacidad de tráfico entre los elementos de red, que de hecho, pueden ser una porción significante del costo total de operación del proveedor celular. De esta manera, incluso sería deseable una mejor solución para aumentar la capacidad de tráfico.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad de ejemplo de la presente invención, se proporciona un método y sistema para soportar el aumento de tráfico a través de los enlaces en la RA , tal como el enlace BTS-BSC (o el enlace BSC-MSC/PDSN) . En la modalidad de ejemplo, la BTS puede permanecer conectada con el BSC a mediante una línea convencional de transmisión, aunque la BTS también puede ser conectada en forma comunicativa con el BSC medíante un enlace de comunicación de satélite o mediante otro enlace inalámbrico. De acuerdo con la modalidad de ejemplo, las comunicaciones sensibles al retraso pueden ser enrutadas por medio del enlace de transmisión de línea terrestre entre la BTS y el BSC, aungue pueden ser enrutadas otras comunicaciones (es decir, aquellas que no son sensibles al retraso) por medio de un enlace suplementario de satélite (u otro tipo de enlace) entre la BTS y el BSC. En forma ventajosa, este arreglo dejará libre un ancho de banda en el enlace de línea terrestre que de otra manera sería utilizado para transportar trasmisiones de voz y de datos, y las trasmisiones de datos alternativamente enrutadas todavía alcanzarían su destino, posiblemente con una demora o tiempo de espera más grande. El resultado será un aumento en el ancho de banda total en la EAN, con lo cual se permite efectuar el soporte para las últimas comunicaciones de alto ancho de banda . Con el objeto de facilitar la realización de la invención, cada una de la BTS y el BSC pueden enlazarse en forma comunicativa con transceptores de satélite y pueden contener la lógica que determine si una comunicación dada es sensible al retraso. Las comunicaciones sometidas a decisiones de enrutamiento dentro de sistema pueden ser en la forma de paquetes del Protocolo de Internet (IP) . El enrutamiento alterno de las comunicaciones puede ser basado en propiedades de inspección dentro de los paquetes IP que puede indicar si estos son sensibles al retraso. Las propiedades inspeccionadas pueden incluir, por ejemplo, las direcciones de origen y destino, los contenidos de la carga de pago, las direcciones de puerto de IP, el protocolo de los paquetes, los indicadores o señales del tipo de servicio (TOS), etc. La lógica utilizada para efectuar el enrutamiento puede comprender un procesador y un conjunto de códigos que pueden ser ejecutados por el procesador, o la lógica puede comprender un conmutador de capas múltiples implementado por medio de hardware u otro tipo de conmutación de paquete. En base a la inspección, la lógica puede establecer si la comunicación debe ser enrutada por medio del enlace de comunicación de linea terrestre o de satélite. Por ejemplo, en base a la iniciación de una sesión dada de comunicación a partir de una estación móvil, la BTS puede recibir un mensaje de señalización de petición por origen que incluye un parámetro indicando si la comunicación intentada fuera un medio de tiempo real o un medio sólo de datos (y no en tiempo real) . Si el parámetro indicara que la comunicación es un medio de tiempo real, la lógica podría concluir que la comunicación es sensible al retraso. En consecuencia, la BTS puede enrutar el tráfico por medio del enlace de línea terrestre hacia el BSC. Por otro lado, si el parámetro indicara que la comunicación es un medio sólo de datos, la lógica podría concluir que la comunicación no es sensible al retraso. De esta manera, la BTS puede enrutar el tráfico por medio del enlace de satélite con el BSC. Lo mismo es verdad para las comunicaciones del BSC con la BTS, y a través de otros enlaces (por ejemplo, el enlace BSC-MSC o el enlace BSC-PDSN) . Como es conocido en la técnica, las comunicaciones de satélite y otras comunicaciones inalámbricas pueden retrasar las comunicaciones. Este aumento de retraso o en el tiempo de espera puede ser problemático para las comunicaciones de medios en tiempo real, tal como las comunicaciones de voz o las videoconferencias , por ejemplo, conforme el retraso agregado puede interrumpir en forma perceptible la comunicación. Sin embargo, el tiempo de espera agregado es irrelevante en gran medida para las comunicaciones sólo de datos o las comunicaciones en una vía, tal como los mensajes de texto, las transferencias de archivo, o el video o audio de flujo en una vía. Si estas comunic ciones alcanzaran sus destinos incluso varios segundos después que de lo que sería lo contrario, aunque en una secuencia sustancialmente continua, es probable que el receptor no supiera de la diferencia (ni le importaría) . De esta manera, por medio de la utilización del método y aparato de la modalidad de ejemplo, la capacidad de una red de acceso de radio (RAM) puede ser aumentada sin el costo prohibitivamente caro de agregar o alquilar líneas adicionales de transmisión, tal como líneas de cobre. Además, nadie que utilice una red que emplea la invención es probable que perciba alguna diferencia en la calidad total si se compara con una RA convencional. De hecho, bajo ciertas circunstancias, una red que utiliza la presente invención puede mejorar la calidad del medio en tiempo real. Estas y otras características y ventajas de varias modalidades de la invención serán descritas en su totalidad más adelante en la descripción detallada de una sección de la modalidad de ejemplo.
Breve Descripción de las Figuras Las modalidades de ejemplo de la presente invención son descritas en este documento con referencia a las figuras, en las cuales : La Figura 1 es un diagrama de bloque simplificado que ilustra una porción de una red de telecomunicaciones en la cual puede ser implementada una modalidad de ejemplo de la presente invención; La Figura 2 es un diagrama de bloque simplificado que ilustra una modalidad de ejemplo de la presente invención; La Figura 3 es un diagrama de bloque simplificado que ilustra una modalidad alternativa de ejemplo de la presente invención; La Figura 4 es un diagrama de bloque simplificado que ilustra otra modalidad alternativa de ejemplo de la presente invención; y La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra la operación de una modalidad de ejemplo de la presente invención.
Descripción Detallada de una Modalidad de Ejemplo Con referencia a las figuras, la Figura 1 ilustra un diagrama de bloque simplificado de una red de telecomunicaciones, en la cual puede ser empleada una modalidad de ejemplo de la presente invención. Como se muestra en la Figura 1, la red puede incluir una red de acceso de radio (RAN) que comprende distintos nodos o puntos de conexión de red, tal como una estación transceptora de base (BTS) 14, un controlador de estación de base (BSC) 20 y una vía de acceso común tal como un centro móvil de conmutación (MSC) 24 o un nodo de revestimiento de datos de paquete (PDSN) 26, tal como el Nodo de Revestimiento de Datos de Paquete 1000 de Control Total Commworks® o similares. El MSC 24 puede ser un centro de conmutación MSC Motorota o Nortel o cualquier otro MSC adecuado . El arreglo y la funcionalidad de estos componentes son bien conocidos en la técnica, por lo tanto, no serán descritos aquí en detalle. El MSC 24 puede servir como una interfaz entre el BSC 20 y la red pública de telefonía conmutada (PSTN) 28. En forma similar, el PDSN 26 puede servir como una interfaz entre el BSC 20 y una red de IP 30, tal como una red interna móvil o la Internet. No es necesario que el BSC 20 y la MSC 24 sean entidades separadas, debido a que la funcionalidad, tanto de un BSC como de una MSC podría ser integrada en una unidad . Dentro de la red de telecomunicaciones, pueden ser acoplados en forma comunicativa dispositivos múltiples de comunicaciones, tal como la estación móvil 12 con la BTS 14. Aunque la estación móvil 12 se muestra como un teléfono inalámbrico, esta puede tomar cualquier forma adecuada, tal como un módem inalámbrico (sin limitación) , un PDA a inalámbrico o radiolocalizador de dos vías. La estación móvil 12 puede comunicarse con la BTS 14 utilizando una interfaz de aire como se indica en TIA/EIA-95 o TIA/EIA/IS-2000. En forma alterna, la estación móvil 12 podría ser parte de un sistema celular que utiliza otra tecnología, tal como AMPS, TDMA, DECT, GSM, PCS o PWT; la tecnología celular que es utilizada no es necesariamente crítica en el funcionamiento de la presente invención. Sólo por motivos de claridad, las entidades múltiples de red, tales como BTSs y BSCs, han sido omitidas de los dibujos, aunque normalmente una red en la cual la invención puede ser implementada incluiría por ejemplo, más de una BTS, un BSC, una estación móvil, etcétera. Comúnmente, la BTS 14 sería enlazada en forma comunicativa con el BSC 20 por medio de un primer enlace de comunicación, tal como una línea de transmisión dedicada conmutada por circuito, mostrada como la línea de transmisión 22a en la Figura 1. La línea de transmisión 22 podría ser (o podría incluir, sin limitación) un alambre de cobre, un enlace de fibra óptica o un enlace de microondas. En una modalidad de ejemplo de la presente invención que se muestra en la Figura 2, la BTS 14 puede ser acoplada en forma comunicativa con el BSC 20 por medio de enlaces múltiples de comunicación, tal como un primer enlace de comunicación 22a y un segundo enlace de comunicación 22b. Del mismo modo que el enlace 22, el enlace 22a podría ser (o podría incluir, sin limitación) , un alambre de cobre, un enlace de fibra óptica o un enlace de microondas . Como será descrito más adelante, un segundo enlace de comunicación 22b podría tener, en algunos casos, algún retraso inherente que el enlace 22a no podría tener. Debido al retraso que podría introducir este segundo enlace de comunicación 22b, sería deseable utilizar conmutadores de capas múltiples, tal como los conmutadores 10a y 10b, para enrutar las señales, ya sea a través del enlace 22a o del enlace 22b, en función del tipo de señal. Los conmutadores 10a y 10b pueden efectuar la conmutación de la capa 4 a la capa 7 a una velocidad del hilo. Por ejemplo, los conmutadores 10a y 10b podrían ser Conmutadores de Red de la serie Alteon 180 de la empresa Nortel Networks, los Conmutadores de Red de la capa 2 a la capa 7 podrían ser de la empresa Foundry Networks o cualquier otro tipo de conmutadores adecuados de capas múltiples. Los conmutadores 10a y 10b también podrían ser implementados mediante un microprocesador u otro sistema de computadora; no es necesario que los conmutadores sean de capas múltiples. Los conmutadores 10a y 10b pueden ser acoplados en forma comunicativa a su vez con los transceptores inalámbricos 16a y 16b, de manera respectiva. Aunque los dispositivos 10a, 10b, 16a y 16b son mostrados como unidades discretas, sus funciones también podrían ser implementadas en conjunto con otros componentes, en cualquier combinación y posición adecuadas. Por ejemplo, las distintas funciones de los dispositivos „ 10a, 10b, 16a y 16b podrían ser implementadas con facilidad utilizando uno o más componentes que integran varias funciones de los dispositivos mientras que todavía proporcionan la funcionalidad de los dispositivos independientes. Además, debido a que la invención puede utilizar un procesador o procesadores para llevar a cabo algunas funciones, aquellos funciones pueden ser realizadas en una computadora o procesador que sea comunicativamente conectado con, aunque físicamente distintos de, otros componentes utilizados para efectuar las funciones deseadas. Las señales que entran en el conmutador 10a o en el conmutador 10b pueden utilizar el Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP) u otro protocolo de red, tal como el Protocolo de Resolución de Dirección (ARP) , el Protocolo de Mensaje de Control de la Internet (ICMP) , el Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP) , etcétera. Los datos que provienen de la BTS 14 pueden ser convertidos en un protocolo TCP/IP medíante un servidor de acceso de red (ÑAS) tal como ÑAS 8. Si se examinan las capas de protocolo de nivel más alto de distintas señales (por ejemplo, las capas 4-7 del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) ) , el conmutador 10a o el conmutador 10b podrían determinar si una señal es sensible al retraso. En forma alterna, el conmutador 10a o el conmutador 10b podrían detectar cualquier otro tipo de parámetros de señal que pudieran indicar si una señal es sensible al retraso, tal como un parámetro de opción de servicio contenido en un mensaje de origen como se define mediante TIA/EIA-95 o TIA/EIA/IS-2000. Si una señal no fuera sensible al retraso, esta podría ser conmutada en el segundo enlace de comunicación 22b. Como se muestra en la Figura 2 , el segundo enlace de comunicación 22b puede estar comprendido de los transceptores inalámbricos 16a, lob y el satélite de comunicaciones 18. El satélite de comunicaciones 18 puede ser un satélite convencional geosincronizado o puede ser un satélite de baja órbita alrededor de la tierra, tal como un satélite sin uso Iridium® . Aunque los enlaces de comunicaciones de satélite pueden ser en cierto modo costosos, es probable que los proveedores de comunicaciones con tráfico suficiente tengan que ser capaces de negociar los servicios a tasas que harían financieramente competitiva la utilización de un satélite o satélites con la construcción o alquiler de líneas dedicadas adicionales de transmisión. Esto es especialmente cierto sobre todo puesto que los proveedores pueden ofrecer más servicios (lo cual requiere una mayor capacidad) tal como la navegación inalámbrica por la red a sus clientes. Como se muestra en la Figura 3, el enlace 22b puede incluir una ruta de servicio de distribución de puntos múltiples de canales múltiples (MMDS) que utiliza una antena omnidireccional MMDS 40, como una alternativa para el satélite 18. Como otra alternativa, mostrada en la Figura 3, el enlace 22b puede incluir un enlace de microondas de punto a punto. De esta manera, la naturaleza física del segundo enlace de comunicación 22b no es necesariamente crítica para el funcionamiento adecuado del sistema; una vez que una señal ha sido trasmitida y recibida por medio de los transceptores inalámbricos 16a y 16b y que es conmutada de regreso hacia la red de telecomunicaciones, la operación del sistema es transparente. Una vez que arriba la señal al BSC 20, esta puede ser adecuadamente enrutada (en función del tipo de señal que sea) hacia un nodo de revestimiento de datos de paquete tal como PDSN 26 y posteriormente a una red conmutada por paquete, tal como la Internet. La señal también podría ser enrutada a un MSC 24 y del MSC 24 hacia la red pública telefónica conmutada (PSTN) . Figura 5 ilustra un conjunto de funciones que pueden ser involucradas en una modalidad de ejemplo de la presente invención, en donde las señales de comunicaciones que viajan a través de una RAN son recibidas en un conmutador un otro dispositivo de manejo de comunicaciones, tal como el conmutador 10a o el conmutador 10b. Como se muestra en la etapa 100, una señal, ya sea una señal sensible al retraso o una señal no sensible al retraso, puede ser recibida en el conmutador 10a o en el conmutador 10b. La señal puede estar viajando a partir del ÑAS de nodo RAN 8 hacia el BSC de nodo RAN 20, o puede estar viajando en la dirección opuesta; el funcionamiento del sistema puede ser el mismo en cualquier caso . A continuación, puede utilizarse un conmutador para determinar si la señal recibida es una señal sensible al retraso o es una señal no sensible al retraso, como se muestra en la etapa 102. Si se determinara que la señal recibida es sensible al retraso, esta podría ser trasmitida por medio de un primer enlace de comunicaciones, como se muestra en la etapa 104. Si se determinara que la señal recibida no es sensible al retraso, esta podría ser trasmitida por medio de un segundo enlace de comunicaciones como se muestra en la etapa 106. Como un ejemplo, un usuario del sistema podría iniciar una sesión de comunicación sólo de datos a partir de la estación móvil 12. Entonces, el conmutador 10a o el conmutador 10b pueden filtrar cualquier señal que se origine mediante el reconocimiento de ésta, en base a alguna propiedad o propiedades de la señal, la aplicación de estación final es una aplicación sólo de datos en una via -es decir, una aplicación no sensible al retraso. De esta manera, la señal puede ser adecuadamente trasmitida de la BTS 14 al BSC 20, o del BSC 20 a la BTS 14 por medio del segundo enlace de comunicación 22b. No es necesariamente critico para todas las modalidades de la invención que el conmutador 10a o el conmutador 10b sean conmutadores de capas múltiples, o que puedan enrutar señales en base a la información contenida en cualquier capa particular OSI . Por ejemplo, el conmutador 10a o el conmutador 10b podrían realizar determinaciones de enrutamiento en base a la información contenida en cualquier capa de protocolo, ya sea sola o en combinación con otras capas, o podrían efectuar determinaciones de enrutamiento en base a la inspección profunda de paquete IP para establecer el tipo de datos que están siendo trasmitidos a partir de la carga de pago. Si en lugar de iniciar una llamada de datos en una vía el usuario iniciara una llamada de voz o una llamada de datos interactivos (es decir, una llamada sensible al retraso) , el conmutador 10a o el conmutador 10b podrían enrutar cualquier señal asociada con esta llamada mediante el reconocimiento que la aplicación de estación final (por ejemplo, una llamada de voz) es sensible al retraso. En forma alterna, el conmutador 10a o el conmutador 10b podrían ser configurados para detectar una opción de servicio como se define mediante TIA/EIA-95 o TIA/EIA/IS-2000 con el objeto de determinar si la llamada es una llamada de voz o una llamada de datos y para trasmitir la señal por medio del enlace deseado en base a la determinación. Si la llamada fuera una llamada de voz, la señal podría ser transmitida de la BTS 14 al BSC 20 o del BSC 20 a la BTS 14, por medio del primer enlace de comunicación 22a. Las modalidades de ejemplo de la presente invención han sido ilustradas y descritas. No obstante, se entenderá que pueden hacerse cambios y modificaciones a la invención sin apartarse del espíritu y alcance de la misma, como se define mediante las siguientes reivindicaciones.
Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.